gyx(13)-1機(jī)械工藝學(xué)第一章

MMT1第1章緒論 本章要點(diǎn) 機(jī)械制造工程學(xué)科開展 工藝過程與工藝系統(tǒng) 生產(chǎn)類型與工藝特點(diǎn) 基準(zhǔn)與定位MMT2 第1章緒論 學(xué)習(xí)指南本章首先介紹機(jī)械工程學(xué)科的開展，強(qiáng)調(diào)制造技術(shù)在當(dāng)今社會開展中的重要地位；然后介紹機(jī)械加工工藝的一些根本知識，包括工藝過程與工藝系統(tǒng)，生產(chǎn)類型與其工藝特點(diǎn)等；最后對加工中的重要問題——基準(zhǔn)與定位進(jìn)行詳細(xì)論述。學(xué)習(xí)本章應(yīng)對機(jī)械工程學(xué)科的開展有較全面的了解，對機(jī)械制造工藝過程和工藝系統(tǒng)、生產(chǎn)類型與工藝特點(diǎn)有正確理解；特別是對基準(zhǔn)與定位概念有深入理解，并能將其正確應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中。為準(zhǔn)確把握基準(zhǔn)與定位概念，需對大量工程實(shí)例進(jìn)行分析，并應(yīng)進(jìn)行較多的練習(xí)。針對練習(xí)中的問題，可以安排習(xí)題課，必要時也可以組織課堂討論。本章建議學(xué)時6。MMT3 機(jī)械制造工藝學(xué) 第1章緒論 Intrduction1.1機(jī)械制造工程學(xué)科的開展 DevelopmentofMechanical ManufacturingTechnologyMMT 制造的永恒性機(jī)械制造技術(shù)的開展機(jī)械制造技術(shù)兩方面含義： 1〕用機(jī)械來加工零件〔或工件〕的技術(shù)； 2〕制造某種機(jī)械的技術(shù)。先進(jìn)制造技術(shù)：將機(jī)械、電子、信息、材料、能源和管理等方面技術(shù)，進(jìn)行交叉、融合和集成，綜合應(yīng)用于產(chǎn)品全生命周期的制造全過程，包括市場需求、產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、加工裝配、檢測、銷售、使用、維修、報廢處理等，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、敏捷、高效、低耗、清潔生產(chǎn)，快速響應(yīng)市場的需求。制造技術(shù)是一個永恒的主題，是設(shè)想、概念、科學(xué)技術(shù)物化的根底和手段，是國家經(jīng)濟(jì)與國防實(shí)力的表達(dá)，是國家工業(yè)化的關(guān)鍵。 4MMT5 制造的永恒性 制造技術(shù)的重要性社會開展與制造技術(shù)密切相關(guān)：人類的開展過程就是一個不斷制造的過程。MMT6

制造的永恒性制造技術(shù)是科學(xué)技術(shù)物化的根底

制造系統(tǒng)工程學(xué)體系結(jié)構(gòu)MMT

制造的永恒性制造技術(shù)是所有工業(yè)的支柱 世界興旺國家無不具有強(qiáng)大的制造業(yè)。 機(jī)械制造業(yè)是制造業(yè)的根底，是重中之重。當(dāng)今制造業(yè)的社會功能

7MMT

制造的永恒性國力和國防的后盾 國家經(jīng)濟(jì)和軍事實(shí)力與制造技術(shù)密不可分。 日本、德國由于重視制造業(yè)，二次大戰(zhàn)后國力很快恢復(fù)，經(jīng) 濟(jì)實(shí)力處于世界前列。 與此相反，美國在相當(dāng)長一段時 間內(nèi)無視了制造技術(shù)開展，結(jié)果導(dǎo) 致經(jīng)濟(jì)衰退，競爭力下降，直至克 林頓執(zhí)政期間情況才有所改變。 2008年美國爆發(fā)的次貸危機(jī)及其 引起的金融海嘯，2011年開始的歐債 危機(jī)，從另一個角度說明制造業(yè)的重 要地位。 8MMT9 廣義制造論 狹義制造與廣義制造狹義制造——傳統(tǒng)意義上的制造，由于設(shè)計和工藝分家，制造被定位于制造工藝。它是指生產(chǎn)過程從原材料轉(zhuǎn)變成成品直接起作用的那局部工作內(nèi)容，包括毛坯制造、零件加工、產(chǎn)品裝配、檢驗(yàn)、包裝等具體操作〔物質(zhì)流〕。廣義制造——狹義制造的擴(kuò)展，又稱為“大制造”。CIRP〔國際生產(chǎn)工程科學(xué)院〕定義：制造包括制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、材料選擇、制造生產(chǎn)、質(zhì)量保證、管理和營銷一系列有內(nèi)在聯(lián)系的運(yùn)作和活動。MMT

廣義制造論 廣義制造形成因素制造設(shè)計一體化 工藝與設(shè)計密切結(jié)合〔設(shè)計不僅指產(chǎn)品設(shè)計，而且包括工藝 設(shè)計、生產(chǎn)調(diào)度設(shè)計和質(zhì)量控制設(shè)計等〕。 制造技術(shù)開展的三個重要里程碑： 手工業(yè)生產(chǎn)階段——依靠工匠技藝，體腦結(jié)合，設(shè)計工藝 一體，生產(chǎn)率低下。 大工業(yè)生產(chǎn)階段——18世紀(jì)～20世紀(jì)中葉，使用機(jī)器，勞 動分工，設(shè)計與工藝分開，專業(yè)技術(shù)開展，機(jī)械化與自動化 使生產(chǎn)率大幅度提升。 虛擬現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)階段——信息技術(shù)與制造技術(shù)融合，形 成計算機(jī)集成制造模式，設(shè)計與工藝高度結(jié)合，生產(chǎn)率進(jìn)一 步提升，市場響應(yīng)能力大大加強(qiáng)。 10MMT

廣義制造論

去除加工而成形。

結(jié)合加工又稱為別離加工，是從工件上去除一局部材料利用物理和化學(xué)方法將相同材料或不同材料結(jié)合〔bonding〕在一起而成形。按結(jié)合機(jī)理和結(jié)合強(qiáng)弱又可分為附著〔deposition〕、注入〔injection〕和連接〔jointed〕三種。

變形加工又稱為流動加工，是利用力、熱、分子運(yùn)動等手段使工件產(chǎn)生變形，改變其尺寸、形狀和性能，如特種鍛造、特種鑄造等。

11

材料成形機(jī)理的擴(kuò)展

傳統(tǒng)制造工藝：冷加工，熱加工

現(xiàn)代加工成形機(jī)理：去除加工，結(jié)合加工，變形加工MMT12

廣義制造論

材料成形機(jī)理的范疇MMT

廣義制造論制造技術(shù)綜合性 現(xiàn)代制造技術(shù)是一門以機(jī)械為主體，交叉融合光、電、信息、材料、管理等學(xué)科的綜合體，并與社會科學(xué)，文化、藝術(shù)等密切相關(guān)。制造模式開展 計算機(jī)集成制造是制造技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。集成制造系統(tǒng)首先強(qiáng)調(diào)信息集成，即計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助制造和計算機(jī)輔助管理的集成。進(jìn)一步開展出柔性制造、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)制造、智能制造和協(xié)同制造等多種制造模式。豐富的硬軟件工具、平臺和支撐環(huán)境〔硬件是根底，軟件是支撐〕產(chǎn)品全生命周期 13MMT14

廣義制造論產(chǎn)品生命周期全過程MMT15現(xiàn)代制造技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)機(jī)械制造科學(xué)技術(shù)的開展 設(shè)計方法學(xué)和創(chuàng)新設(shè)計 生命周期設(shè)計和并行工程現(xiàn)代加工技術(shù)現(xiàn)代成形與改進(jìn)技術(shù)反求工程設(shè)計綠色產(chǎn)品設(shè)計微型產(chǎn)品設(shè)計 現(xiàn)代成形與改進(jìn)技術(shù)材料成形過程仿真質(zhì)量監(jiān)控與無損檢測清潔成形與改進(jìn)技術(shù)制造系統(tǒng)與管理技術(shù)高速與超高速加工精密工程與納米技術(shù)特種加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)自動化加工技術(shù)

柔性制造技術(shù)

集成制造技術(shù)虛擬制造技術(shù)智能制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)工業(yè)工程機(jī)械制造科學(xué)技術(shù)的開展方向MMT16

機(jī)械制造工藝學(xué)

第1章

緒論

Intrduction1.2

生產(chǎn)過程、工藝過程與工藝系統(tǒng)

Production

Process，Manufacturing

Process

andManufacturing

SystemMMT17 機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程 機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)過程指從原材料開始到成品出廠的全部勞動過程。包括直接生產(chǎn)過程和輔助生產(chǎn)過程。 直接生產(chǎn)過程：用于直接改變加工對象形狀、尺寸、性能 等，包括毛坯的制造、零件的機(jī)械加工和熱處理、機(jī)器的裝 配、檢驗(yàn)、測試和油漆等主要勞動過程。 輔助生產(chǎn)過程：專用工具、夾具、量具和輔具的制造、機(jī) 器的包裝、工件和成品的儲存和運(yùn)輸、加工設(shè)備的維修，以 及動力〔電、壓縮空氣、液壓等〕供給等。生產(chǎn)過程可以由一個車間或一個工廠完成，也可以由多個工廠協(xié)作完成。MMT18 機(jī)械加工工藝過程機(jī)械加工工藝過程 是機(jī)械產(chǎn)品直接生產(chǎn)過程的一局部，傳統(tǒng)上指采用金屬 切削刀具或磨具加工零件，使之到達(dá)要求的形狀、尺寸、 外表粗糙度和力學(xué)物理性能，成為合格零件的生產(chǎn)過程。 現(xiàn)在指各種加工方法—— 除切削和磨削外，還包括其 他加工方法，如電加工、超 聲加工、電子束加工、離子 束加工、激光束加工，以及 化學(xué)加工等。MMT19 機(jī)械加工工藝過程機(jī)械加工工藝過程的組成工序——由一個或一組工人在同一臺機(jī)床或同一個工作地，對一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一局部機(jī)械加工工藝過程。安裝——在一道工序中，工件每經(jīng)一次裝夾后所完成的那部分工序。 階梯軸零件MMT20

機(jī)械加工工藝過程階梯軸單件生產(chǎn)工藝過程工序號

1

2

3

4

工序名稱和內(nèi)容車端面，打中心孔，車外圓，切退刀槽，倒角銑鍵槽磨外圓去毛刺

階梯軸大批量生產(chǎn)工藝過程工序號

1

2

3

4

5

6

工序名稱和內(nèi)容銑端面，打中心孔粗車外圓精車外圓，倒角，切退刀槽銑鍵槽磨外圓去毛刺

設(shè)備銑鉆聯(lián)合機(jī)床

車床

車床

銑床

磨床

鉗工臺

設(shè)備

車床

銑床

磨床鉗工臺

MMT21 機(jī)械加工工藝過程工位——工件在機(jī)床上占據(jù)每一個位置所完成的那局部工序。 多工位加工1－裝卸工件2－鉆孔3－擴(kuò)孔4－絞孔MMT 機(jī)械加工工藝過程工步——指在加工外表不變、切削刀具不變的情況下所連續(xù)完成的那局部工序?！苍谝粋€工步內(nèi)，假設(shè)有幾把刀具同時加工幾個不同外表，稱此工步為復(fù)合工步〕a〕立軸轉(zhuǎn)塔車床的一個復(fù)合工步b〕鉆孔、擴(kuò)孔復(fù)合工步 復(fù)合工步例如走刀——同一加工外表加工余量較大，可以分作幾次工作進(jìn)給，每次工作進(jìn)給所完成的工步稱為一次走刀。 22MMT23 機(jī)械加工工藝系統(tǒng)零件進(jìn)行機(jī)械加工時，必須具備一定的條件，即要有一個系統(tǒng)來支持，稱之為機(jī)械制造工藝系統(tǒng)。通常，一個系統(tǒng)由物質(zhì)分系統(tǒng)、能量分系統(tǒng)和信息分系統(tǒng)所組成。 物質(zhì)分系統(tǒng)〔系統(tǒng)硬件〕：由工件、機(jī)床、工具和夾具所 組成。 信息分系統(tǒng)〔系統(tǒng)軟件〕：包括加工方法、工藝過程、數(shù) 控程序等。工藝系統(tǒng)軟件是對工藝系統(tǒng)硬件的必要支持。 能量分系統(tǒng)：指動力供給。研究機(jī)械制造工藝系統(tǒng)的組成及其內(nèi)在規(guī)律，其目的是為了使工藝系統(tǒng)的軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，以到達(dá)工藝過程最正確化的目標(biāo)。MMT24

機(jī)械制造工藝學(xué)

第1章

緒論

Intrduction1.3

生產(chǎn)類型與工藝特點(diǎn)

Production

Type

and

Technology

FeaturesMMT 生產(chǎn)綱領(lǐng)生產(chǎn)綱領(lǐng)：指在方案期內(nèi)，應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進(jìn)度方案。年生產(chǎn)綱領(lǐng)：方案期為一年的生產(chǎn)綱領(lǐng)。零件生產(chǎn)綱領(lǐng)計算公式式中N——年生產(chǎn)綱領(lǐng)〔件/年〕； Q——產(chǎn)品年產(chǎn)量〔臺/年〕； n——每臺產(chǎn)品中該零件數(shù)量〔件/臺〕； α％——備品率； β％——廢品率。年生產(chǎn)綱領(lǐng)是設(shè)計或修改工藝規(guī)程的重要依據(jù)，是車間〔或工段〕設(shè)計的根本文件。 25N

Qn(1

%

%)〔1-1〕MMT

生產(chǎn)批量

生產(chǎn)批量：指一次投入戓產(chǎn)出的同一產(chǎn)品戓零件的數(shù)量。 式中n′——每批中的零件數(shù)量； N——年生產(chǎn)綱領(lǐng)規(guī)定的零件數(shù)量； A——零件應(yīng)該儲藏的天數(shù)； F——一年中工作日天數(shù)。確定生產(chǎn)批量考慮的因素 滿足市場需求〔當(dāng)前需求及可預(yù)見的未來需求〕。 便于生產(chǎn)組織與安排，保證多品種產(chǎn)品均衡生產(chǎn)。 產(chǎn)品的制造工作量：大型產(chǎn)品，批量可少些。 資金投入：批量小，次數(shù)多，有利于資金周轉(zhuǎn)。 制造效率和本錢：批量大，可采用先進(jìn)、專用高效工裝。 26NA

Fn

〔1-2〕MMT27

生產(chǎn)類型及工藝特點(diǎn)生產(chǎn)類型單件生產(chǎn)批量生產(chǎn)小批量生產(chǎn)中批量生產(chǎn)大批量生產(chǎn)中批生產(chǎn)

生產(chǎn)類型劃分 大量生產(chǎn)生產(chǎn)類型標(biāo)準(zhǔn) 各種生產(chǎn)類型標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)類型單件生產(chǎn)小批生產(chǎn)重型機(jī)械

≤5＞5～100零件年生產(chǎn)綱領(lǐng)〔件/年〕 中型機(jī)械 ≤20 ＞20～200

輕型機(jī)械

≤100＞100～500中批生產(chǎn)大批生產(chǎn)大量生產(chǎn)

＞100～300＞300～1000

＞1000

＞200～500＞500～5000

＞5000

＞500～5000＞5000～50000

＞50000單件小批生產(chǎn)大批大量生產(chǎn)MMT28各種生產(chǎn)類型的工藝特點(diǎn)MMT29

機(jī)械制造工藝學(xué)

第1章

緒論

Intrduction1.4

工件加工時的定位和基準(zhǔn)

Location

and

Datum

for

machiningMMT30

工件的定位工件的裝夾

裝夾又稱安裝，包括定位和夾緊兩項內(nèi)容。

定位

——

使工件在機(jī)床或夾具上占有正確位置。

夾緊

——

對工件施加一定的外力，使其已確定的位置在

加工過程中保持不變。

工件裝夾方法

夾具中裝夾——

精度和效率均高，

廣泛采用。

直接找正裝夾——精度高，效率低，

對工人技術(shù)水平要求高。

劃線找正裝夾——精度不高，效率

低，多用于形狀復(fù)雜的鑄件。MMT劃線找正安裝31

工件的定位直接找正安裝MMT32工件在夾具上裝夾〔滾齒夾具〕

工件的定位

任何一個物體在空間直角坐標(biāo)系中都有

6

個自由度——分MMT33之為六點(diǎn)定位原理。六點(diǎn)定位原那么 工件的定位 定位原理六點(diǎn)定位原理

別用X、Y、Z、X、Y、Z表示。 工件的定位就是采取一定的約束措施來限制自由度，一個 自由度只需要一個約束點(diǎn)來限制。 采用六個按一定規(guī)那么布置 的約束點(diǎn)來限制工件的六個 自由度，實(shí)現(xiàn)完全定位，稱MMT34

與理論力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)自由度概念差異： ——實(shí)質(zhì)上是位置不定度； ——夾緊與定位概念分開； ——工件、夾具是彈性體。

工件以平面3點(diǎn)定位

定位原理

兩點(diǎn)注意：

“點(diǎn)”的含義

——對自由度的限制，與實(shí)際接觸點(diǎn)不同。MMT工件以平面定位

35

工件的定位

工件的實(shí)際定位

工件以平面定位

平面定位的主要形式是支承定位。常用的定位元件有支承

釘、支承板、夾具支承件和夾具體的凸臺及平面等。MMT工件以圓孔定位

36 工件的定位工件以圓孔定位 工件以圓孔定位多屬于定心定位〔定位基準(zhǔn)為圓柱孔軸線〕。 常用的定位元件是定位銷和心軸。定位銷有圓柱銷、圓錐銷、 菱形銷等形式；心軸有剛性心軸〔又有過盈配合、間隙配合和 小錐度心軸等〕、彈性心軸之分。MMT37

工件以外圓柱面定位

工件以外圓柱面定位有兩種形式：定心定位和支承定位。定心定位與工件以圓孔定位情況相仿。工件以外圓柱面支承定位元件常采用V形塊——短V形塊限制兩個自由度，長V形塊〔或兩個短V形塊組合〕限制四4個自由度。

工件的定位

工件以外圓柱面定位MMT38 工件的定位工件以其他外表定位 除平面、圓孔、外圓柱面外，工件有時還可能以其他外表 〔如圓錐面、漸開線齒面、曲面等〕定位。以下圖為工件以錐 孔定位的例子，錐度心軸限制了除繞工件自身軸線轉(zhuǎn)動外的5 個自由度。 工件以錐孔定位MMT

多個外表同時參與定位情況下，各定位外表所起作用有主次之分。通常稱定位點(diǎn)數(shù)最多的外表為主要定位面或支承面，稱定位點(diǎn)數(shù)次多的外表為第二定位基準(zhǔn)面或?qū)蛎?，稱定位點(diǎn)數(shù)為1的外表為第三定位基準(zhǔn)面或止動面。定位外表的組合

在分析多個外表定位情況下各外表限制的自由度時，分清主次定位面很重要。如下圖工件在兩頂尖上的定位，應(yīng)首先確定前頂尖限制的自由度，它們是X、Y、Z。然后再分析后頂尖限制的自由度。此時，應(yīng)與前頂尖一起綜合考慮，可以確定其限制的自由度是X、Y。

工件在兩頂尖上定位 39

工件的定位MMT40 工件的定位完全定位與不完全定位 工件的六個自由度均被限制，稱為完全定位。工件 六個自由度中有一個或幾個自由度未被限制，稱為不 完全定位。 不完全定位主要有兩種情況： ①工件本身相對于某個點(diǎn)、線是完全對稱的，那么工件繞此 點(diǎn)、線旋轉(zhuǎn)的自由度無法被限制〔即使被限制也無意義〕。 例如球體繞過球心軸線的轉(zhuǎn)動、圓柱體繞自身軸線的轉(zhuǎn)動等。 ②工件加工要求不需要限制某一個或某幾個自由度。如加 工平板上外表，要求保證平板厚度及與下平面的平行度，那么 只需限制三個自由度就夠了。MMT工件應(yīng)限制的自由度

41 工件的定位完全定位與不完全定位例如MMT42工件的欠定位

欠定位與過定位

欠定位——工件加工時必須限制的自由度未被完全限制。欠

定位不能保證工件的正確安裝，因而是不允許的。

工件的定位MMT43 工件的定位過定位——工件某一個自由度〔或某幾個自由度〕被兩個〔或兩個以上〕約束點(diǎn)限制。過定位是否允許，要視具體情況而定。 1〕如果工件的定位面經(jīng)過機(jī)械加工，且形狀、尺寸、位置精度均較高，那么過定位是允許的，有時還是必要的，因?yàn)楹侠淼倪^定位不僅不會影響加工精度，還會起到加強(qiáng)工藝系統(tǒng)剛度和增加定位穩(wěn)定性的作用。 2〕反之，如果工件的定位面是毛坯面，或雖經(jīng)過機(jī)械加工，但加工精度不高，這時過定位一般是不允許的，因?yàn)樗赡茉斐啥ㄎ徊粶?zhǔn)確，或定位不穩(wěn)定，或發(fā)生定位干預(yù)等。MMT44過定位例如——桌子與三腳架

工件的定位過定位例如〔1〕MMT45平面定位的過定位

工件的定位過定位例如〔2〕MMT46

工件的定位過定位例如〔3〕b〕改進(jìn)后a〕定位干預(yù) 一面兩孔組合定位的過定位MMT47一面兩孔定位干預(yù)分析——削邊銷的由來

工件的定位

一面兩孔定位分析MMT

工件的定位過定位例如〔4〕——孔與端面組合定位的過定位 如下圖，齒輪坯以內(nèi)孔和一小端面定位，車削外圓和大端面。加工后檢測發(fā)現(xiàn)大端面與內(nèi)孔垂直度超差。試分析原因，提出改進(jìn)意見。

48MMT49

工件的定位

過定位引起夾緊變形MMT50過定位處理分析

工件的定位MMT

過定位應(yīng)用

工件的定位MMT52

討論

分析圖示定位方案：①各方案限制的自由度；②有無欠定位或過定位；③對不合理的定位方案提出改進(jìn)意見。

工件的定位MMT過定位例如分析 53

工件的定位MMT54過定位例如分析

工件的定位

MMT55過定位例如分析

工件的定位

度Z,

X,Y，條形支承板1限支承板

2

同樣限制兩個自MMT56定位分析方法定位分析方法

總體分析法：分析工件實(shí)際限制的自由度〔圖中X未被限制， 欠定位〕。 分件分析法：分析各定位元件實(shí)際限制的自由度〔圖中矩形支承板限制三個自由

制兩個自由度

Y,

Z

，條形

由度Y,Z，過定位〕。總體分析法易于判斷有無欠定位；分件分析法